Виктор Князьков - На стартовой позиции
Оказывается, существует специальная наука, изучающая движение летательных аппаратов в атмосфере Земли, — аэродинамика. Будущему ракетчику полезно ознакомиться с ее основами.
Корпус типовой ракеты можно условно разделить на три части. Спереди он заостряется — это носовая или головная часть. В ней обычно размещается боевой заряд (боевая часть) со взрывателем.
Средняя часть, обычно выполняемая цилиндрической формы, имеет наибольшие для данной ракеты длину и диаметр. К корпусу, то ли в его середине, иногда ближе к «голове», а чаще внизу — это зависит от типа ракеты и ее назначения, — крепятся управляющие и стабилизирующие поверхности.
Вот по сути дела и закончен внешний осмотр ракеты. Осталось только взглянуть на заднюю часть, ее называют хвостовой. Иногда приходится слышать, как подростки, рассматривая изображение ракеты, показывают на ее задний срез и говорят, что это, мол, двигатель ракеты. А на самом деле там находится часть камеры сгорания, точнее, ее сопло с заглушкой. Двигатель ракеты обычно занимает всю ее хвостовую часть.
ЗАГЛЯНЕМ ВНУТРЬ РАКЕТЫРакета — летательный аппарат, который доставляет к цели полезный груз: в данном случае — боевой заряд. У ракеты есть двигатель, сообщающий ей достаточно большую скорость движения. Для его работы, естественно, необходимо топливо. Оно размещается непосредственно на борту ракеты. Так как ракета — беспилотное средство, то для управления ею в полете необходимо специальное устройство. Эти функции выполняет система управления.
Ранее мы выяснили, что главной частью ракеты является корпус, представляющий собой основную несущую конструкцию, внутри которой размещено все остальное: боевой заряд, двигатель, топливо, система управления и т. д.
В такой последовательности мы их и рассмотрим.[1]
Головная часть корпуса своей формой напоминает конус, вершина которого немного притуплена, «зализана». Иногда такую форму, похожую по своим очертаниям на конусную, но выполненную по дуге круга, называют еще и оживальной. Это сделано для того, чтобы максимально уменьшить при полете нагрев носовой части, особенно ее «кончик».
Оговоримся сразу, что мы рассмотрим здесь в основном отделяемые головные части: они наиболее сложны по устройству и применяются для мощных ракет дальнего действия. Их иногда называют боевыми головками, или еще более короче — боеголовками.
Дело в том, что доставлять, например, всю стратегическую ракету к цели не имеет смысла. Это, во-первых, невыгодно, так как головная часть с ракетой сможет достигнуть меньшей дальности по сравнению с головной частью, летящей отдельно: ведь поверхность у ракеты во много раз больше, чем у головной части, и, следовательно, при движении в воздухе на конечном участке траектории ракета будет тормозиться им больше, чем только головная часть. А, во-вторых, корпус ракеты в результате сильного удара о воздушную «подушку» атмосферы может быть деформирован, буквально «смят». Тогда велика вероятность того, что может нарушиться устойчивость полета ракеты — она начнет беспорядочно кувыркаться и не попадет в цель. Вот почему головные части, в основном стратегических ракет, не изготовляются вместе с основным корпусом, а пристыковываются к нему. Во время полета в определенный момент времени срабатывают специальные «замки»: головная часть отделяется и летит по расчетной траектории к цели. А весь корпус ракеты, теперь уже ненужный, летит самостоятельно. Он или разрушается в плотных слоях атмосферы, или падает на землю, но значительно ближе, чем головная часть.
Читатель вправе задать законный вопрос: «Если корпус ракеты разрушается, то что же тогда будет с головной частью?». Тоже разрушится, если не принять специальных мер. Известно, что сейчас в Советском Союзе проходит испытания сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144. При скорости полета до 2500 километров в час обшивка фюзеляжа самолета будет нагреваться до 130–150 градусов. Теперь можно представить, что произойдет с головной частью, когда она с огромной скоростью вонзится в плотные слои атмосферы. Температура ее поверхности достигает нескольких тысяч градусов. Чтобы защитить головную часть, ее основные элементы — боевой заряд и взрыватель, корпус изготовляется достаточно прочным, а на его поверхность наносится специальное теплозащитное покрытие. Мера эта вынужденная: не будь покрытия — головная часть сгорела бы, как спичка.
Несколько слов о характере полета головной части на конечном участке траектории. Коль в это время на нее действуют большие аэродинамические силы, то она неизбежно будет беспорядочно кувыркаться и может не попасть в цель. Этого допустить нельзя. Чтобы боеголовка при подлете к цели не кувыркалась, ее снабжают стабилизатором юбочного или лопастного типа. Этим обеспечивается стабилизация головной части.
Боевой заряд предназначен для поражения цели: уничтожения, разрушения, воспламенения ее и т. д. По своему характеру действия боевые заряды классифицируются на:
— фугасные, которые предназначаются для разрушения оборонительных сооружений;
— осколочные, применяемые для стрельбы по воздушным и наземным целям, в том числе для поражения живой силы и боевой техники;
— кумулятивные, используемые для поражения бронированных целей, долговременных огневых точек и других прочных сооружений. Такой заряд имеет в передней части выемку типа воронки. При взрыве образуется так называемая кумулятивная струя, обладающая значительной пробивной силой;
— зажигательные, предназначенные для воспламенения целей;
— ядерные, поражающими факторами которых являются: ударная волна, световое излучение и проникающая радиация.
Средняя часть корпуса изготовляется, в зависимости от ее назначения, из алюминиевых сплавов или легированной стали. Специальные сорта стали приходится применять потому, что при полете ракеты в атмосфере, при разгоне ее на начальном участке траектории корпус испытывает значительные перегрузки и сильный аэродинамический нагрев.
В последнее время конструкторы, решая вопрос о выборе материала для корпуса ракеты, все чаще обращают внимание на титановые сплавы: они более легкие и прочные в условиях нагрева. Правда, стоимость титана значительно больше, чем стали. Но зато листы из титанового сплава можно взять меньшей толщины, а это позволит, например, увеличить полезную нагрузку. И еще один материал считается довольно перспективным — термостойкие пластмассы. Они начинают достаточно широко применяться в ракетостроении для изготовления корпусов ракет, различных деталей, всевозможных обтекателей, тепловых экранов, корпусов антенн, контейнеров и т. п. При этом электронная аппаратура лучше защищается от нагрева. А главное, применение термостойких пластмасс особенно эффективно: существенно уменьшается вес ракеты. Следовательно, при одном и том же запасе топлива на борту «пластмассовая» ракета полетит дальше, чем стальная.
Хвостовая часть корпуса ракеты имеет коническую, а иногда овальную форму. Правда, угол конусности небольшой. Это сделано для того, чтобы уменьшить сопротивление воздушного потока, обтекающего корпус.
К нижней, хвостовой, части корпуса прикреплены стабилизирующие поверхности. Площадь их сравнительно невелика, но вполне достаточна, чтобы сделать устойчивым полет ракеты в атмосфере. Испытания показали, что ракете не нужны большие стабилизаторы. Площадь их поверхности должна быть «как раз» — не больше и не меньше определенного среднего значения. Если сделать их больше, то ракета будет «чересчур» устойчивой: как говорят специалисты, перестабилизирована. Ракета станет «ленивой», будет плохо слушаться рулей, медленно исполнять команды, что затруднит управление ею в полет.
ОГНЕННОЕ «СЕРДЦЕ»Теперь о двигателе ракеты. Это одна из главнейших частей, поистине ее огненное мощное «сердце».
Что же такое ракетный двигатель? Как он устроен? Откуда берется огромная сила, способная разгонять ракету не только в атмосфере, но и вне ее, там, на огромной высоте, где молекула воздуха столь же редка, как и капля воды в пустыне.
Мы привыкли к тому, что любое транспортное средство, будь то автомобиль, тепловоз, самолет или океанский лайнер, приводится в движение двигателем.
Он превращает либо химическую энергию, либо тепловую, электрическую в механическую работу вращения. У автомобиля это вращение колеса, у самолета — воздушного винта, у парохода — гребного винта и т. д., словом, вращение движителя. Движитель (колесо, винт), вращаясь, взаимодействует со средой соприкосновения (грунт, рельс, воздух, вода), стремится отбросить или отбрасывает ее назад, а сам транспорт движется вперед. Силы, приложенные к отбрасываемой «порции» воздуха или воды, одинаковы по своей величине с силой, приложенной к самолету пли пароходу, но направлены в обратную сторону. Из школьного курса физики мы знаем, что если силу, с которой отбрасывается воздух или вода, считать активной, то сила, заставляющая двигаться самолет или пароход, будет… реактивной. Значит, по своей природе движение парохода и самолета реактивное.
